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Die Erfindung betrifft ein Federelement, insbesondere für Stühle,
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Klappen oder dergleichen mit einer in einem Zylinder geführten Kolbenstange.
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Unter dem Begriff "Federn" sind die verschiedensten Maschinenelemente
zusammengefaßt, die bei Belastung einer elastischen Verformung unterliegen. Tn nähere
Spezifizierung betrifft die Erf indung ein Bauelement, wie es z. B. als Gasdruckfeder
bei Stühlen oder in sonstiger Anwendung bekannt ist. Gasdruckfedern besitzen ein
unter hohem Druck stehendes Gaspolster, welches auf einen, in einem Zylinder verschiebbaren
Kolben einwirkt, der seinerseits durch ein hydraulisches Druckmedium beaufschlagt
ist. Die Verstellung einer Kolbenstange mit zugehörigem Kolben geschieht dabei durch
Druckausgleich innerhalb der zum Kolben beidseitig angeordneten Kammern.
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In der Praxis hat sich nun gezeigt, daß Gasdruckfedern durch den hohen
Druck der Gasfüllung außerordentlich gefährlich sein können, so daß schon Verletzungen
mit Todesfolge eingetreten sind. Es müssen deshalb technisch aufwendige Maßnahmen
getroffen werden, um das Gas zum einen sicher abzudichten, zum anderen in einem
sicheren Behältnis zu verwahren. Bei großen Temperaturschwankungen, wie sie z. B.
im Kraftfahrzeug auftreten, wo Gasdruckfedern zur Betätigung der Motorhaube und
der Heckklappe verwendet werden, sind diese ebenfalls sehr gefährdet.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen ungefährlichen
Ersatz für Gasdruckdämpfer für alle möglichen Einsatzgebiete zu schaffen. Insbesondere
soll ein verstellbarer und arretierbarer Stoßdämpfer geschaffen werden, wie er für
die Anwendung im Stuhlbaubereich gefordert wird.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere
dadurch gelöst, daß die Kolbenstange mittels einer mechanischen Schraubenfeder betätigbar
ist, daß der Zylinder einen Hydraulikraum aufweist, der durch einen, mit einer Kolbenstange
verbundenen Kolben in zwei Hydraulikkammern aufgetrennt ist und daß die Hydraulikkammern
über einen verschließbaren Überströmkanal für das Hydraulikmedium miteinander verbunden
sind, wobei die Größe des Überströmkanals in Abhängigkeit der Dämpfung wählbar ist
und/oder der Überströmkanal zur Lagefixierung für die Kolbenstange dient.
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Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Hauptanspruchs hat gegenüber den bekannten Gasdruck-Federelementen den Vorteil,
daß gänzlich auf eine Gasfüllung verzichtet und somit eine Verletzungsgefahr in
jeglicher Hinsicht vermieden wird. Durch die kombinierte Verwendung einer Schraubenfeder
im Zusammenhang mit einem Hydraulikmedium kann weiterhin die progressive Ausschubkraft
von Schraubenfedern genutzt werden. Da-das System keinerlei Gasdruckkammern enthält,
kann es auch jederzeit
ohne Gefahr geöffnet und repariert werden.
Dies ist bei einer Gasfeder im allgemeinen nicht möglich.
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In grundsätzlicher Abkehr des Prinzips.bei Gasfedern, wendet das erfindungsgemäße
Federelement vornehmlich Schraubenfedern als längenverstellbares oder höhenverstellbares
Maschinenelement an.
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Die Kolbenstange eines Zylinders wird deshalb gemäß der Erfindung
ausschließlich durch eine Schraubenfeder in ihrer Länge verstellt. Die Rückstellung
der Kolbenstange und damit das Zusammendrücken der Schraubenfeder geschieht durch
äußere Einwirkung.
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Der erfindungsgemäß im Zylinder enthaltene Hydraulikraum mit zwei
Hydraulikkammern, dessen Hydraulikmedium von einer Kammer zur anderen transportierbar
ist, dient zum einen der Dämpfung der Bewegung der Kolbenstange. Zum anderen dient
die Hydraulikeinrichtung der Arretierung des Federelements in einer bestimmten Stellung.
Hierdurch können die bekannten Funktionen von Gasdruckfedern, insbesondere mit Verstell-
und Arretierungsmöglichkeiten nachvollzogen werden. Die erfindungsgemäße Einrichtung
eignet sich deshalb auch insbesondere für Federelemente im Stuhlbau.
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In den Unteransprüchen sind weitere Maßnahmen zur Lösung der erfindungsgemäßen
Aufgabe und insbesondere zur vorteilhaften Weiterbildung und Verbesserung der erfindungsgemäßen
Einrichtung
vorgesehen.
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Gemäß der Ausgestaltung nach Unteranspruch 2 wird eine durchgehende
Kolbenstange verwendet, die an den Enden des Hydraulikraums mittels Führungsdichtungen
abgedichtet ist. Eine durchgehende Kolbenstange hat den Vorteil, daß in beiden Hydraulikkammern
stets gleiche Volumenverhältnisse vorliegen, d. h., das aus einer Hydraulikkammer
abströmende Hydraulikmedium entspricht dem in der anderen Kammer freiwerdenden Volumen.
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Gemäß der Ausgestaltung der Erfindung nach Unteranspruch 3 ist es
maßgebend, daß zur Bewegung der Kolbenstange ausschließlich mechanische Schraubenfedern
dienen. Diese wird vorzugsweise als konzentrisch um den Zylinder angeordnete Druckfeder
ausgestaltet, die auf einen Flansch, der mit der Kolbenstange verbunden ist, einwirkt.
Hierdurch kann eine Schraubenfeder mit großer Hublänge und damit mit großer Kraftübertragung
eingesetzt werden. Es kann jedoch auch eine Druckfeder innerhalb des Zylinders angeordnet
sein, die auf einen Teller am Ende der Kolbenstange einwirkt und diese mechanisch
nach oben drückt. Ilier ist jedoch nur ein kürzerer Arbeitsweg möglich.
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In Ausgestaltung der Erfindung nach Unteranspruch 4 wird die Arretierungsmöglichkeit
des Federelements, d. h. der Kolbenstange gegenüber dem Zylinder mittels eines Betätigungsstößels
dargestellt. Hierfür ist die Kolbenstange als Rohr ausgebildet,
in
welchem ein längsverschiebbarer Betätigungsstößel geführt ist.
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Der Betätigungsstößel enthält seinerseits Stößelkolben, die einen
Überströmkanal für das Hydraulikmedium von einer Hydraulikkammer zur anderen freigibt
oder verschließt. Solange der Überströmkanal zwischon den hydraulikkammern geöffnet
ist, kann sich dio Kolbenstange innerhalb des Zylinders in axialer Richtung verschieben.
Dies geschieht entweder durch den Druck der äußeren Schraubenfeder, d. h. die Kolbenstange
fährt nach außen, oder durch äußere Einwirkung, wobei die Kolbenstange in den Zylinder
hineinfährt. Sobald jedoch der Überströmkanal geschlossen ist, kann kein Druckmedium
von einer Kammer zur anderen gelangen, wodurch die Lage des Kolbens und damit die
Lage der Kolbenstange fest fixiert ist. Hierdurch kann die Kolbenstange in jeder
beliebigen Lage durch Betätigung des Stößels arretiert werden. Ergänzende Maßnahmen
hierzu sind im Unteranspruch 5 beschrieben.
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Gemäß der Ausgestaltung nach Unteranspruch 6 ist es möglich, daß der
Überströmkanal sich im Kolben selbst befindet. Hierzu werden Bohrungen mit bestimmten
Durchmessern angebracht, um ein gezieltes Überströmen des Hydraulikmediums von einer
Kammer zur anderen des Hydraulikraums zu ermöglichen. Hierdurch wird die Bewegung
der Kolbenstange gedämpft. Sofern man diese Öffnung verschließbar ausführt, kann
der Kolben auch in seiner Lage arretiert werden.
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Gemäß der Ausgestaltung nach Unteranspruch 7 ist es zweckmäßig, daß
im Hydraulikraum ein elastisches Teil vorgesehen ist, welches zum Ausgleich von
Volumenschwankungen infolge von Temperaturschwankungen des Hydraulikmediums dient.
Dehnt sich das Hydraulikmedium infolge von Temperaturschwankungen aus, so wird das
elastische Teil um das entsprechende Volumen zusammengedrückt.
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Gemäß der Ausgestaltung der Erfindung nach den Unteransprüchen 8 bis
10 wird das erfindungsgemäße Prinzip für ein Federelement insbesondere für Stühle
angewandt. Hierfür ist die Einrichtung mit einem äußeren, festen Standrohr und einem
darin längs und drehbar beweglichen Führungsrohr ausgestattet. Dabei ist ein Drucklager
vorgesehen, um eine Drehung des Federelements gegenüber dem äußeren Standrohr und
der Befestigung zu ermöglichen.
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Vorteilhafte und zweckmäßige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind
in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 die allgemeine Form eines Federelements zur vielseitigen Verwendung,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel zur Verwendung im Stuhlbau.
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Das in Fig. 1 dargestellte Federelement 10 weist einen Zylinder 11
auf, in welchem eine Kolbenstange 12 geführt ist. Hierfür ist im inneren des Zylinders
eine Führungsbuchse 13 mit gut abdichtenden
Topfdichtungen befestigt.
Die Befestigung der Führungsbuchse 13 im Zylinder 11 ist durch die Einkerbungen
14 schematisch dargestellt. Im oberen Bereich des Zylinders 11 ist eine Abschlußbuchse
15 zur Führung der Kolbenstange 12 vorgesehen.
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Diese ist in dem Zylindergehäuse eingeschraubt. Im unteren Ende des
Zylinders 11 ist ein Flansch 16 mit Anschlußstück 17 angeschraubt.
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Am äußeren Ende der Kolbenstange 12 ist ein Flansch 18 aufgeschraubt.
Die Schraubenfeder 19 läuft konzentrisch um den Zylinder 11 herum und stützt sich
an den Flanschen 16 und 18 ab.
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Hierdurch erfährt die Kolbenstange einen axialen Federdruck in Richtung
des Pfeils 20.
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Durch die Führungsbuchse 13 innerhalb des Zylinders 11 und der Abschlußbuchse
15 am Ende des Zylinders 11 wird ein Hydraulikraum 21 gebildet, der mit Hydraulikmedium
gefüllt ist. Durch den auf der Kolbenstange 12 befestigten Kolben 22 wird der Hydraulikraum
21 in Hydraulikkammern 23, 24 aufgeteilt. Der auf der Kolbenstange 12 befestigte
Kolben 22 dichtet die beiden Kammern 23, 24 voneinander ab.
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Die Kolbenstange 12 ist als Rohr 25 ausgebildet, in welchem ein Betätigungsstößel
26 axial verschiebbar angeordnet ist. Der Betätigungsstößel 26 weist einen unteren
Stößelkolben 27 und einen
oberen Stößelkolben 28 auf, die in den
Bereich des Zylinders innerhalb des Rohres 25 angeordnet sind. Hierdurch wird zwischen
den Hydraulikkammer 23 und 24 durch die Öffnungen 29 und 30 ein Überströmkanal 31
für das Druckmedium geschaffen. Dieser Überströmkanal 31 öffnet jedoch nur dann
den Zugang zwischen den Kammern 23 und 24, wenn der untere Stößelkolbon 27 die untere
Öffnung zur Hydraulikkammer 24 nicht verschließt. Hierfür ist der Betätigungsstöße1
axial längsverschiebbar innerhalb des Rohres 25 angeordnet, wobei eine Druckfeder
32 zur Rückstellung des Stößels nach oben hin dient, um die Öffnung 30 zu verschließen.
Durch Druckbeaufschlagung auf den Stößel in Pfeilrichtung 33 wird die Öffnung 30
freigegeben, wodurch die Verbindung (Überströmkanal 31) zwischen den Hydraulikkammern
23 und 24 geöffnet ist.
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Im unteren Hydraulikraum 24 ist ein elastisches Teil 34 aus Gummi,
Nitril oder dergleichen vorgesehen. Es dient zum Volumenausgleich des Hydraulikmediums
bei Temperaturschwankungen.
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Die Kolbenstange 12 enthält im oberen Bereich noch Befestigungsmittel
35.
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In der Fig. 1 ist im unteren Bereich des Zylinders 11 gestrichelt
noch eine Schraubenfeder 36 eingezeichnet, die über einen Flansch 37 auf die Kolbenstange
12 einwirken kann. Diese Mittel können
alternativ oder ergänzend
zur bereits beschriebenen Lösung verwendet werden. Selbstverständlich kann durch
eine kleinere Feder 36 nicht die gleiche Wirkung erzielt werden wie mit einer längeren
Feder 19.
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In vereinfachter Ausführung der Erfindung kann diese auch an Stelle
des Überströmkanals 31 innerhalb des Rohres 25 einen gestrichelt dargestellten Überströmkanal
38 im Kolben 22 selbst aufweisen. Dies ist besonders dann zweckmäßig, sofern eine
Arretierung der Kolbenstange 12 in einer bestimmten Lage nicht notwendig ist, sondern
das Hydraulikmedium lediglich zur Dämpfung der Bewegung der Kolbenstange 12 dient.
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Das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 hat folgende
Funktionsweise: Betätigt man den Betätigungsstößel 26 in Richtung des Pfeils 33
gegen den Druck der Rückstellfeder 32, so verschiebt sich der untere Stößelkolben
27 unterhalb der Öffnung 30 und gibt die Verbindung zwischen den Hydraulikkammern
23, 24 frei. In diesem Fall kann die Schraubenfeder 19 die Kolbenstange 12 nach
oben drücken, wobei das Hydraulikmedium von der Kammer 23 über die Öffnung 29 und
den Überströmkanal 31 und die Öffnung 30 in die Kammer 24 strömt. Der Überströmkanal
31 bzw. die Öffnungen 29, 30 sind derart bemessen, daß eine Dämpfung der Bewegung
der
Kolbenstange 12 eintritt. Die Kolbenstange 12 bewegt sich dann
soweit nach oben, bis der Anschlag 39 an die obere Anschlußbuchse 15 anschlägt.
Umgekehrt kann bei geöffnetem Überströmkanal bei entsprechendem Druck gegen die
Schraubenfeder 19 die Kolbenstange 12 in den Zylinder 11 hineingeschoben werden.
In diesem Fall strömt das Hydraulikmedium gedämpft von der Hydraulikkammer 24 in
die Hydraulikkammer 23. Die untere Begrenzung des Einfahrens der Kolbenstange wird
durch einen Anschlag 40 bewirkt, der an der unteren Führungsbuchse 13 anschlägt.
Läßt man den Betätigungsstößel 26 los, so drückt ihn die Druckfeder 32 in Richtung
des Pfeils 20, wodurch der untere Stößelkolben 27 die Öffnung 30 verschließt. Dadurch
kann kein Hydraulikmedium mehr von einer Kammer zur anderen gelangen, wodurch die
Kolbenstange 12 in ihrer Lage durch das inkompressible Hydraulikmedium eindeutig
fixiert ist.
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In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, welches insbesondere
zur Verwendung als Federelement bei Stühlen dient. Der innere Aufbau und die Funktionsweise
des Federelements entspricht weitgehend der Darstellung gem. Fig. 1. Insofern wird
hierauf ausdrücklich Bezug genommen. Darüber hinaus enthält das Ausführungsbeispiel
gem. Fig. 2 ein Standrohr 41, welches über einen Haltebolzen 42 mit dem Zylinder
11 verbunden ist. Die Schraubenfeder 19 stützt sich in diesem Fall auf einem Axiallager
43 (Drucklager) ab. Zwischen dem Zylinder 11 und dem Drucklager 43
ist
noch eine Feder 44 für eine an sich bekannte Tiefenfederung angeordnet. Hierfür
kann der Haltebolzen 42 in den Zylinder 11 gemäß dem Pfeil 45 eindringen.
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Die Kolbenstange 12 ist im oberen Bereich mit einem Führungsrohr 46
verbunden, welches insbesondere auch mit dem Flansch 18 verbunden ist. Gegenüber
dem Standrohr 41 ist das Führungsrohr 46 auf und ab, sowie drehbar gelagert. Hierzu
dient eine Kunststoffbuchse 47 zwischen den beiden Rohren. Im oberen Bereich kann
das Führungsrohr 46 sich verjüngend an die Kolbenstange angepaßt sein. Es kann jedoch
auch zylindrisch fortgeführt werden und mit einem Abschlußflansch mit der Kolbenstange
12 verbunden sein.
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Gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 hat die Stuhlverstellung
nach Fig. 2 folgende weitere Funktionsmerkmale: In Folge des Axiallagers 43 kann
die Feder 19 und der Zylinder 11 einschließlich dem Führungsrohr 46 gedreht werden.
Dabei ist das Standrohr 41, welches im nicht näher dargestellten Fußkranz eines
Stuhls gelagert ist, feststehend. Sofern die Höhenverstellung durch Verschluß des
Überströmkanals 31 arretiert ist, kann das gesamte Federelement mittels der Tiefenfederung
44 und der Schraubenfeder 19 noch leicht nachfedern. Hierdurch wird das typische
federnde Verhalten von Stühlen erreicht.
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Das erfindungsgemäße Federelement eignet sich neben der Verwendung
von Stühlen auch für zahlreiche andere Anwendungsbeispiele. So kann es insbesondere
als Dämpfungselement für Heckklappen in Kraftfahrzeugen oder ähnlichem eingesetzt
werden.
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Dabei kann die Ausführungsform je nach Anwendungsfall als dämpfendes
und/oder arretierendes Federelement Verwendung finden.
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Die Erfindung ist insbesondere nicht auf das dargestellte und beschriebene
Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt auch alle fachmännischen Abwandlungen
und Weiterbildungen sowie Teil-und/ oder Unterkombinationen der beschriebenen und/oder
dargestellten Merkmale und Maßnahmen.